Исследование усилителя промежуточной частоты (УПЧ)

Цель работы:

1. Убедиться практически в избирательных и усилительных свойствах УПЧ;

2. Изучить влияние связи между контурами полосового фильтра на параметры УПЧ.

Описание макета

Схема макета УПЧ состоит из двух каскадов, на транзисторах VT1 и VT2.

1–й каскад является обычным резистивным каскадом усиления и, имея широкую полосу пропускания, не обеспечивает требований по избирательности.

Требуемая избирательность усилителя обеспечивается 2 – ым каскадом усиления, где в коллекторную цепь транзистора VT2 включен двухконтурный полосовой фильтр L1 – C9, L2 – C10.

В цепь базы транзистора VT1 включен разделительный конденсатор C2 и делитель, состоящий из резисторов R1 и R4, для получения требуемого напряжения смещения от общего источника питания усилителя.

В цепях эмиттера VT1 включен резистор R6, выполняющий роль температурной стабилизации режима транзистора, и конденсатор С3 для устранения отрицательной обратной связи по переменной составляющей тока усилителя.

В коллекторную цепь транзистора VT1 включен резистор R5 и через разделительный конденсатор С5 с помощью переключателя S2 вход второго усилителя на транзисторе VT2, служащий нагрузкой первого каскада по переменному сигналу на промежуточной частоте /465 кГц/.

На гнездо Х1 подается сигнал промежуточной частоты. Цепь: гн. Х3 – резистор R3 – переключатель S1 – резистор R2 может быть использована для подачи сигнала звуковой частоты в случае, когда на вход гн. Х1 подается немодулированный сигнал /несущая частота/.

В цепи базы транзистора включены разделительный конденсатор С5 и делитель, состоящий из резисторов R9 и R10.

В цепи эмиттера включены резистор R11 и конденсатор С6. Назначение элементов C5, R9, R10 R11, C6 то же, что и назначение элементов С2, R1, R4, R6, C3 в первом каскаде на транзисторе VT1.

Коллекторная цепь транзистора VT2 через неполное включение нагружена на первый контур L1, C9 полосового фильтра, являющегося в данной схеме избирательной системой.

Величина нагрузки фильтра может быть изменена путем изменения коэффициента включения с помощью переключателя S4 и за счет изменения связи М между контурами.

Цепь: гн. Х3 – R3 – S3 – R8 служит для подачи, в случае необходимости, модулирующего сигнала звуковой частоты.

Элементы С1 и R7, C7 и R12 являются развязывающими фильтрами по цепи питания, соответственно, для VT1 и VT2, с целью исключения петли паразитной обратной связи через источник питания.

Дополнительная емкость С8 обеспечивает цепь протекания коллекторного тока транзистора VT2 по высокой частоте.

Краткие теоретические сведения.

Усилителем промежуточной частоты /УПЧ/ называются каскады супергетеродинного типа РПУ, усиливающие сигналы на постоянной для данного РПУ промежуточной частоте.

УПЧ предназначены для усиления сигналов промежуточной частоты и обеспечения избирательности по соседнему каналу.

Существует два варианта построения УПЧ: с распределенной и сосредоточенной избирательностью.

В первом варианте все /или большинство/ каскады УПЧ резонансные, при этом результирующая АЧХ формируется всеми АЧХ отдельных каскадов.

Во втором варианте АЧХ всего РПУ формируется фильтром сосредоточенной селекции /ФСС/, который является нагрузкой одного из каскадов УПЧ. Остальные каскады УПЧ могут быть апериодическими, либо одноконтурными широкополосными.

Наибольшее распространение получили УПЧ по второму варианту.

В настоящей лабораторной работе избирательность обеспечивается во 2 – м каскаде с помощью контурного полосового фильтра. 1 – й каскад является апериодическим, широкополным, обеспечивающим основное усиление сигнала.

Коэффициент усиления резисторного /апериодического/ каскада:

К_а = Y₂₁*R_k (1)

Где: Y₂₁ – крутизна характеристики транзистора /Cм/;

R_k – сопротивление коллекторной нагрузки /Ом/;

R_k

Где: М – коэффициент частотных искажений каскада;

f_пр – промежуточная частота;

С₀ – паразитная емкость каскада;

С₀ = С_вых + С_вх +С_м

Коэффициент усиления каскада УПЧ с одиночным контуром:

К_(I) = m_k * m_б * Y₂₁ * R_э (2)

где:

m_k – коэффициент включения контура в цепь коллектора транзистора;

m_б – коэффициент включения в контур цепи базы следующего каскада;

R_э – эквивалентное сопротивление контура;

R_э = ρ * Q_э

где: ρ = 2p f_пр L₁ – волновое сопротивление контура.

- эквивалентная добротность контура;

П – полоса пропускания контура.

Коэффициент усиления каскада УПЧ с двухконтурным фильтром:

(3)

где:

η – параметр связи между контурами.

После расчета каскада УПЧ его проверяют на устойчивость усиления, т.е. должно выполняться условие:

К_уст К_упч.

где: К_уст - коэффициент устойчивого усиления каскада;

Y₁₂ = f_пр * С₁₂ – обратная проводная проводимость /См/;

Для расчета К_уст пользуемся формулой: К_уст

где: С₁₂ – проходная емкость база – коллектор;

Описание установки для исследования УПЧ

1. Схема принципиальная электрическая исследуемого УПЧ приведена на лабораторном стенде.

2. Установка состоит из стенда с действующей схемой УПЧ, генератора высокой частоты /ГВЧ/, электронного вольтметра.

3. Лабораторная установка позволяет исследовать следующее:

3.1. Определить резонансный коэффициент усиления каскадов УПЧ:

– с резистивной нагрузкой /транзистор VT1/

– с двухконтурным фильтром /транзистор VT2/.

3.2. Снять АЧХ каскадов и в целом усилителя.

3.3. Определить ослабление сигнала на частоте соседнего каскада / f_c ± 10 кГц/ вторым каскадом УПЧ /на транзисторе VT2/.

Структурная схема установки приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1.Структурная схема установки

Порядок выполнения работы

1. Подготовить лабораторную работу к выполнению исследований для чего, при выключенном питании, выполнить коммутации согласно структурной схеме. Выключатели S1 и S3 перевести в разомкнутое положение, переключатель S2 перевести в верхнее положение. Электронный вольтметр /или осциллограф/ подключить к гнездам Х6 и Х11.

2. Предъявить скоммутированную схему на проверку преподавателю или лаборанту. После проверки и разрешения включить питание стенда и приборов, предварительно установив выход генератора ГЧ – 102 /ГЧ – 153/ на минимальное значение.

3. Подать от генератора ГЧ – 102 на вход 1 –го каскада УПЧ немодулированный сигнал амплитудой порядка ~ 2 мВ на частоте 465 кГц. На выходе каскада при этом /гн. Х6/ должен быть сигнал амплитудой, значительно большей 2 мВ, что свидетельствует об исправности каскада.

4. Определить коэффициент усиления каскада по формуле К₀ = U_вых/U_вх, для чего вольтметром точно замерить значения U_вых и U_вх.

5. Снять АЧХ каскада. Для этого поддерживая неизменным значение U_вх необходимо изменять частоту генератора в ту и другую сторону от частоты 465 кГц до тех пор, пока напряжение на выходе станет меньше (или больше) измеренного на частоте 465 кГц в 1, 41 раза. Расстройку давать в ту или другую сторону не более чем на 100 кГц (в том случае, если не будет наблюдаться изменения выходного напряжения до величины в 1, 41 раз).

Данные занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

Примечание: К = U_вых/U_вх, М = К/K₀, где К₀ – значение коэффициента усиления на частоте

465 кГц; значение расстройки 0 соответствует частоте 465 кГц, значение расстроек 5 и -5 соответствует частоте 470 кГц и 460 кГц и т.д.

6. Переключить вольтметр к клеммам Х10 и Х11. Замерить коэффициент усиления всего УПЧ. При определении U_вых необходимо изменять частоту генератора около 465 кГц, чтобы добиться резонанса, т.е. максимума U_вых.

К₀ = U_вых/U_вх

Измерение U_вых произвести для двух положений переключателя S4.

7. Снять АЧХ 2 – го каскада УПЧ при том положении переключателя, при котором получен больший коэффициент усиления. Результаты измерений занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

8. Определить ослабление сигнала 2–ым каскадом УПЧ на частоте соседнего канала. Для этого, изменяя в небольших пределах частоту генератора в районе 465 кГц определить резонанс по максимуму U_вых и записать значения f_пр и U_вых в таблицу 4.3. Затем увеличить /или уменьшить/ частоту генератора от резонанса на 10 кГц. При этом напряжение на выходе уменьшится. Увеличивая напряжение генератора в.ч., определить его новое значение U^’_вх, при котором напряжение на выходе станет снова равным прежнему значению U_вых (при f_пр = 465 кГц).

Записать значение напряжения U'_вх в таблицу 3.3.

Таблица 3.3.

Содержание отчета

1. Отчет должен быть выполнен по установленной форме.

2. В отчете должны быть включены:

2.1. Схема электрическая принципиальная УПЧ.

2.2. Схема структурная установки.

2.3. Таблицы 4.1.; 4.2.; 4.3.;

2.4. АЧХ (/зависимость М(∆ f)/) построенные по данным таблиц 4.1. и 4.2.

2.5. Определена полоса пропускания П обоих каскадов на уровне 0, 7, а также добротность второго каскада УПЧ:

2.6. Краткие выводы по результатам исследований.

После выполнения лабораторной работы студент должен:

1. Оценивать избирательные и усилительные свойства УПЧ

2. Уметь анализировать влияние связи между контурами полосового фильтра на параметры УПЧ.